ЦИРКУЛЯТОР Советский патент 1997 года по МПК H01P1/39 

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, а конкретно к циркуляторам высокого уровня мощности, может быть использовано в волноводных фидерных трактах радиоэлектронной аппаратуры миллиметрового диапазона длин волн для электрической развязки и переключения цепей высокого уровня мощности.

Цель изобретения повышение уровня средней и импульсной мощности за счет увеличения электрической прочности циркулятора.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый циркулятор в разрезе; на фиг. 2 сечение циркулятора А-А на фиг. 1; фиг. 3 иллюстрирует перекрытие кромок ферритового элемента.

Циркулятор выполнен в виде трехплечего симметричного 120^o разветвления прямоугольных волноводов в H-плоскости (Y-разветвление). Позицией 1 обозначен корпус разветвления. В центре N-плоскостного Y-разветвления соосно с ним выполнено цилиндрическое углубление 2, в котором соосно ему на основании углубления установлен ферритовый диск 3. На широкой стенке волноводного разветвления установлена диэлектрическая пластина в форме цилиндрического диска 4, полностью перекрывающего углубление 2. Ось диска совпадает с осью углубления. Диэлектрическая проницаемость и толщина диска удовлетворяют выражения (1). На торце ферритового диска 3 размещен диэлектрический вкладыш в форме диска 5, причем минимальный диаметр диска 5 больше в 1,1-1,3 раза диаметра ферритового диска 3, что обеспечивает перекрытие торцов последнего. Толщина дополнительного диэлектрического диска 5 равна 0,5-0,6 толщины пластины 4, диэлектрическая проницаемость диска 5 не превышает диэлектрической проницаемости пластины 4. Разветвление имеет крышку 7. Магнитная система, намагничивающая феррит 3, на фигурах не показана.

Циркулятор работает следующим образом. Импульсная СВЧ-мощность поступает в одно из плеч циркулятора, а затем в Y-разветвление. СВЧ-поле проникает через диэлектрическую пластину 4 в углубление 2, а затем через диэлектрический диск 5 взаимодействует с ферритовым элементом 3, намагниченным магнитным полем. При соответствующем уровне магнитной индукции почти вся электромагнитная энергия будет поступать в одно из выходных плеч, тогда как второе при этом оказывается изолированным. При изменении направления магнитной индукции на противоположное выходное и изолированное плечи меняются местами, при попадании электромагнитного поля в область разветвления диэлектрическая пластина 4 и диэлектрический диск 5 уменьшают концентрацию электрического поля в ферритовом вкладыше и на острой кромке углубления (пересечение углубления со стенкой) и дополнительно уменьшают концентрацию электрического поля между острой кромкой торца феррита и острой кромкой углубления, одновременно выравнивания волноводное сопротивление подводящих волноводов и волноводного разветвления. Уменьшение концентраций диэлектрического поля повышает электрическую прочность циркулятора. Толщина и диэлектрическая проницаемость материала диэлектрического вкладыша 5 меньше толщины и диэлектрической проницаемости материала диэлектрической пластины, что обеспечивает аналогичное соотношение приведенных диэлектрических проницаемостей.

Благодаря приведенной диэлектрической проницаемости дополнительного диска, значительно меньшей приведенной диэлектрической пластины 4 и диска 5, сохраняется широкополосность, уровень развязок и прямых потерь.

Уменьшение диаметра диэлектрического вкладыша в форме диска меньше 1,1d_ф приводит к снижению эффективности перекрытия зазора между ферритовым вкладышем и кромкой цилиндрического углубления, не увеличивает существенно электрическую прочность циркулятора, а увеличение диаметра больше 1,3d_ф приводит к увеличению связи ферритового резонатора с областью разветвления, как следствие, к уменьшению полосы рабочих частот и увеличению прямых потерь.

Вариант выполнения диэлектрического элемента 5 (см. фиг.3) в виде кольца 6 предполагает выполнение ширины кольца в 2-4 раза больше его толщины для обеспечения перекрытия кромок ферритового диска 3. При этом кольцо 6 может располагаться между торцом ферритового диска 3 и диэлектрической пластины 4 как без зазора, так и при наличии последнего.

Уменьшение ширины кольца меньше двойной высоты приводит к снижению эффективности перекрытия кромок ферритового вкладыша и уменьшению электрической прочности, а увеличение ширины кольца выше 4 увеличивает связь ферритового резонатора с областью разветвления, что приводит к уменьшению полосы рабочих частот и увеличению прямых потерь.

Использование: обеспечение развязки трактов в технике СВЧ при повышенном уровне мощности. Сущность изобретения: устройство содержит Y-разветвление прямоугольных волноводов в H-плоскости, в центре которого на одной из широких стенок выполнено цилиндрическое углубление, в котором установлен намагниченный ферритовый диск. Диэлектрическая пластина в форме диска или равносторонней треугольной призмы расположена на широкой стенке Y-разветвления с перекрытием цилиндрического углубления и выполнена из материала, диэлектрическая проницаемость ε_п которого равна ε_п= ε_ф/2,2-7,0, а толщина H равна H = (0,003-0,08)λ_o, где λ_o - длина волны в свободном пространстве. Между намагниченным ферритовым диском и наружной кромкой цилиндрического углубления установлен введенный диэлектрический вкладыш, толщина и диэлектрическая проницаемость материала которого меньше толщины и диэлектрической проницаемости материала диэлектрической пластины. Диэлектрический вкладыш может быть выполнен в форме диска с минимальным диаметром d_m = 0,1-1,3/d_ф или в форме плоского кольца, ширина l которого равна l = (2-4)h, где d_ф - диаметр намагниченного ферритового диска; h - толщина плоского кольца, 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Циркулятор, содержащий Y-разветвление прямоугольных волноводов в Н-плоскости, в направлении оси симметрии которого в одной из его стенок выполнено цилиндрическое углубление, намагниченный ферритовый диск, установленный на основании цилиндрического углубления соосно с ним, и диэлектрическую пластину, которая установлена на стенке Y-разветвления прямоугольных волноводов с перекрытием цилиндрического углубления и выполнена в форме диска или равносторонней треугольной призмы, диэлектрическая проницаемость ε_п материала которой и толщина Н выбраны из соотношений ε_п= ε_ф(2,2-7,0) и H = λ₀(0,03-0,08), отличающийся тем, что, с целью повышения электрической прочности, между намагниченным ферритовым диском и наружной кромкой цилиндрического углубления установлен введенный диэлектрический вкладыш, толщина и диэлектрическая проницаемость материала которого меньше толщины и диэлектрической проницаемости материала диэлектрической пластины. 2. Циркулятор по п. 1, отличающийся тем, что введенный диэлектрический вкладыш выполнен в форме диска, минимальный диаметр d_m которого равен
d_m (1,1 1,3)d_ф. 3. Циркулятор по п. 1, отличающийся тем, что введенный диэлектрический вкладыш выполнен в форме плоского кольца, ширина l которого равна
l (2 4)h,
где ε_ф диэлектрическая проницаемость намагниченного ферритового диска;
λ_o длина волны в свободном пространстве;
d_ф диаметр намагниченного ферритового диска;
h толщина плоского кольца.